CN1677246A - 光刻设备和设备制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻设备和方法，其中使用构图系统来给投射光束在其横截面的图案。通过投射系统把所述光束从照明系统引导在衬底支架上支持的衬底表面的目标部分上。所述目标部分具有相对于所述衬底板的预先确定的空间特征，其适于在所述衬底表面上的所需要曝光的图案。测量所述衬底的温度，并且计算所述衬底对所测量温度的尺寸响应。调整所述目标部分相对于所述衬底板的空间特征以便补偿所计算的尺寸响应。

Description

光刻设备和设备制造方法

技术领域

本发明涉及一种光刻设备和一种设备制造方法。

背景技术

光刻设备是一种把所需要的图案施加到衬底的目标部分上的机器。光刻设备例如可以使用在集成电路(IC)、平板显示器及其它涉及精细结构设备的制造中。在常规的光刻设备中，构图装置，也可以将其称为掩模或标线片(reticle)，可以被用来产生对应于单个层IC(或其它设备)的电路图案，并且可以把该图案成像在衬底(例如，硅片或玻璃板)上的目标部分(例如，一个或几个芯片的一部分)，所述衬底具有辐射敏感材料层(例如，抗蚀剂)。代替掩模，所述构图装置可以包括产生电路图案的单独可控元件的阵列。

一般说来，单个衬底包含连续曝光的邻近目标部分的网络。已知的光刻设备包括分档器(stepper)和扫描器，其中分档器通过一次把整个图案曝光在所述目标部分上来辐射每个目标部分，其中扫描仪通过经由在给定方向(“扫描”方向)上的投射光束来扫描所述图案，同时同步地扫描平行于或反平行于该方向的衬底来辐射每个目标部分。

应当理解的是，无论光刻设备以步进(stepping)或扫描模式操作，把构图光束引到在所述衬底表面的适当的目标部分上都是重要的。在很多环境中由于一序列的光刻处理步骤把多层结构建立在所述衬底的表面上，因此正确地互相对准在衬底内形成的连续层自然是重要的。从而，非常注意确保准确地知道所述衬底相对于光束投射系统的位置。一般地，这是通过把所述衬底定位在衬底板上的已知方向来实现的，例如通过使所述衬底边缘与在所述衬底板上支持表面结合，继而使用在所述衬底上的参考标记来精确地识别所述衬底相对于所述衬底板的位置。然后使用计量系统来控制在所述衬底和所述光束投射系统之间的相对位移。所述参考标记相对于测量的所有位移建立基准位置。

由于衬底尺寸的增加，依赖于在衬底上单个参考标记来精确地确定所述衬底相对于基准位置的位置变得更加困难。为了解决该问题，我们知道把多个参考标记设置在单个衬底上，以便可以在所述投射系统和所述衬底之间出现相对小的位移之后重新校准监视衬底位置的计量系统。然而，在一些应用中这是不可能的，例如在依赖大量液晶装置(LCD)作为图案产生器系统来制造大的平板显示器(FPD)中。在FPD的情况下，设想非常大且薄的玻璃衬底(例如大约1.85×2.2米)具有小于大约1mm的厚度。在每个玻璃衬底上，可以定义几个面板(例如，4、6或9)，每个面板对应于单个产品(例如，计算机监视器屏幕，电视屏幕等等)，其一般具有大约10英寸到大约55英寸(从角到角的对角线测量)的尺寸范围。在单个衬底上的每个面板区域内，排列若干单个的LCD，每个LCD定义单个像素。为了确保高光传输效率并且为了避免视觉上不规则显示的光学效果，在任何一个面板内可以不形成任何对准部件。从而，必须把对准部件排列在所述玻璃衬底的周边以及在邻近面板之间。随着单个面板尺寸的增加，在邻近对准部件之间的距离也在增加。从而，从在所述衬底表面上形成的对准部件中可以获得更少的对准信息。

作为在所述投射系统和所述衬底之间位置误差的一个原因是热膨胀。如果在所述衬底表面上制作两个标记，继而增加所述衬底的温度，那么由于热膨胀的原因在那些标记之间的间距将增加。因此，当衬底在一个温度时在所述衬底表面上形成的结构将不能对准于随后形成的结构，如果随后形成的结构是当所述衬底温度改变时稍后曝光的结果的话。在过去通过非常小心地把衬底保持在预先确定的基准温度来解决该问题是众所周知的。然而，实际上这很难实现，特别是对于大的衬底。现在可以实现非常大尺寸的衬底，例如具有两米左右的外径尺寸的衬底。穿过这种尺寸的衬底的微细的温度变化会导致膨胀和收缩，这在例如LCD显示面板环境中是显著的。

因此，需要一种系统和方法，其能够在曝光之间准确的对准，而基本上消除或降低由热膨胀所引起的未对准。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种光刻设备，包括：照明系统，用于提供辐射的投射光束，构图系统，用来向投射光束给予在其横截面的图案，衬底板，用于支持衬底，和投射系统，用于把形成图案的光束投射在所述衬底表面的目标部分上。所述目标部分具有相对于所述衬底板的预先确定的空间特征，所述空间特征适于在衬底表面上所需要曝光的图案，所述衬底被支持在所述衬底板上预先确定的位置中。所述设备还可以包括：测量系统，其测量衬底的温度，用于计算所述衬底对所测量温度的尺寸响应的系统，和用于相对于所述衬底板调整目标部分的空间特征以便补偿所计算的尺寸响应的系统。

所述温度测量系统可以包括至少一个传感器，用于测量分布在所述衬底表面中多个区域中的每个上的所述衬底的温度。例如，可以把多个传感器分布在衬底板上，每个传感器感测在所述衬底板上支持的所述衬底的相邻区域的温度，或感测所述衬底板的相邻区域的温度，假设所述衬底和衬底板相邻区域的温度是相同的或者相似的。作为选择，可以把多个传感器分布在位于所述衬底板上的支架上，并且可以把扫描系统布置为可以相对于所述传感器移动所述衬底板，并且测量与每个传感器相邻的所述衬底区域的温度，所述传感器在所述衬底板和所述传感器支架之间的多个相对位置中的每一个处。

本发明的另一实施例提供了一种设备制造方法包括步骤：提供衬底，使用照明系统提供辐射的投射光束，在其横截面给予投射系统以图案，在衬底板上支持所述衬底，以及把辐射的构图光束投射到所述衬底表面的目标部分上。所述目标部分具有相对于所述衬底板的空间特征，其适合于在所述衬底板上预先确定的位置中支持的衬底表面上形成所要求曝光的图案。所述方法还包括步骤：测量所述衬底的温度，计算所述衬底对所测量温度的尺寸响应，并且相对于所述衬底板调整所述目标部分的空间特征以便补偿所计算的尺寸响应。

本发明的进一步实施例提供了一种用于建立衬底对温度变化的尺寸响应模型的方法，包括下列步骤。在所述衬底表面上形成多个对准部件。在所述衬底表面分布所述对准部件，以致对于假定的预先确定的衬底温度，它们的空间分布是预先确定的。测量所述衬底的温度。在所测量的衬底温度中测量所述对准部件的空间分布。根据在预先确定的空间分布和所测量的空间分布之间的差异导出所述尺寸响应的模型。

本发明的一个或多个实施例可以被用于依赖于各种类型图案产生器的光刻设备。例如，图案产生器使用单独可控制元件的阵列来向所投射的光束给予图案，并且图案产生器使用简单的标线片(例如，掩模)来给予所需要的图案。

参考附图下面将详细描述本发明的进一步实施例、特征和优点，以及本发明各个实施例的结构和操作。

附图说明

这里结合的并且形成说明书一部分的附图举例说明了本发明，并且连同所述描述，还用来解释本发明的原理以及用来使相关领域的技术人员能制造并使用本发明。

图1示出了依照本发明实施例的光刻设备。

图2示出了依照本发明实施例的光刻设备。

图3示意地表示了依照本发明实施例在衬底上所需要曝光的图案。

图4示意地表示了如果衬底温度增加必须怎样修改图3的所需要曝光的图案。

图5是举例说明依照本发明实施例系统的示意性框图，所述系统用于调整曝光图案以便补偿衬底温度的变化。

图6是依照本发明实施例的第一传感器阵列的示意性侧视图，所述第一传感器阵列被嵌入到衬底支持板中以便能够测量安装在所述板上的衬底的温度。

图7是图6阵列的示意性俯视图。

图8是依照本发明实施例的第二传感器阵列的示意性侧视图，所述第二传感器阵列安装在衬底支持板上以便能允许测量安装在所述板上的衬底的温度。

图9是图8的阵列的示意性俯视图。

现在参考附图将描述本发明。在附图中，同样的参考数字可以表示相同的或功能上相似的元件。

具体实施方式

概述和术语

这里使用的术语“单独可控制元件的阵列”应该被广泛地解释为涉及可用于提供具有图案横截面的入射辐射光束以便可以在所述衬底的目标部分中创建所需要图案的任何设备。术语“光阀”和“空间光调制器(SLM)”也可以用于该环境。下面讨论这种构图设备的例子。

可编程的反射镜阵列可以包括具有粘弹性控制层和反射表面的可编址矩阵表面。这种设备的基本原理是例如，所述反射表面的编址区域把入射光反射为衍射光，而未编址区域把入射光反射为非衍射光。使用适当的空间滤波器，可以把非衍射光滤出反射光束，而只留下衍射光到达所述衬底。依照这种方式，依照所述可编址矩阵表面的编址图案对所述光束构图。

应当理解的是，作为选择，所述滤波器可以滤出所述衍射光，留下非衍射光到达所述衬底。还可以依照相应的方法使用衍射光学的微机电系统(MEMS)设备的阵列。每个衍射光学的MEMS设备可以包括多个反射带，其可以彼此互相变形以便形成把入射光反射为衍射光的光栅。

进一步的可选择实施例可以包括使用微小反射镜的矩阵排列的可编程反射镜阵列，通过施加适当的局部电场或通过使用压电激励装置可以使每个所述反射镜关于轴倾斜。同样，所述反射镜是可编址矩阵，使得编址反射镜将在与未编址反射镜不同的方向上反射入射辐射光束；采用这种方式，依照可编址矩阵的编址图案来对所述反射光束构图。可以使用适当的电子装置来执行所要求的矩阵编址。

在上述的两种情况中，单独可控制元件的阵列可以包括一个或多个可编程反射镜阵列。可以收集这里所提到的关于反射镜阵列的更多信息，例如根据美国专利US5,296,891和US5,523,193以及PCT专利申请WO98/38597和WO98/33096，在此将其全部引用以供参考。

还可以使用可编程的LCD阵列。在美国专利US5,229,872中给出了这种构造的例子，这里一并引用其全部内容。

应当理解，其中使用预偏置部件、光近似校正部件、相位变化技术和多次曝光技术，例如，“显示”在单独可控制元件的阵列上的图案可以大体上不同于最后传输到所述衬底层或在衬底上的图案。类似地，在所述衬底上最后产生的图案可以不必对应于在所述单独可控制元件的阵列上任何一个时刻所形成的图案。这可以是在下列布置的情况，其中经由给定的时段或给定数目的曝光来建立在所述衬底每个部分上形成的最终图案，在所述曝光期间，在所述单独可控制元件的阵列上的图案和/或所述衬底的相对位置改变。

尽管在本文中可以对在制造IC中的光刻设备的使用进行特定的参考，然而应当理解的是，这里描述的光刻设备可以具有其它应用，诸如制造DNA芯片、MEMS、MOEMS、集成光学系统、对于磁畴存储器的引导并检测图案、平板显示器、薄膜磁头等。本领域技术人员将会理解，在这种可选择应用的环境中，这里术语“晶片”或“芯片”的任何使用可以被分别认为是与更通用的术语“衬底”或“目标部分”同义的。可以在曝光之前或之后，在例如轨道(一般把抗蚀剂层施加到衬底并且显影所曝光的抗蚀剂的工具)或计量或检验工具来处理这里所指的衬底。适用之处，这里的公开内容可以应用于这种及其它衬底处理工具。此外，例如为了创建多层IC可以不止一次地处理所述衬底，使得这里所使用的术语衬底还可以指已经包含多个处理层的衬底。

这里使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如具有波长为365、248、193、157或126nm)和超紫外线(EUV)辐射(例如具有在5-20nm范围内的波长)以及粒子束，诸如离子束或电子束。

这里所使用的术语“投射系统”应该被广泛地解释为包含各种类型的投射系统，包括折射光学系统，反射光学系统和反折射光学系统，例如按照适于所使用的曝光辐射，或适于其它因素，诸如使用浸液或使用真空。这里术语“透镜”的任何使用可以被认为是与更通用的术语“投射系统”是同义的。

所述照明系统还可以包含各种类型的光学部件，包括折射的、反射的和反折射的光学部件，用于指引、成形或控制所述辐射的投射光束，并且这种组件下面还可以共同地或单独地指的是“透镜”。

所述光刻设备可以是具有两个(例如，双级)或更多衬底板(和/或两个或更多掩模板)的类型。在这种“多级”的机器中可以并行地使用所述附加板，或者可以在一个或多个板上执行准备步骤时，而一个或多个其它板正被用于曝光。

所述光刻设备还可以是其中所述衬底浸入具有相对较高折射率的液体(例如水)以便填充在所述投射系统的最终元件和所述衬底之间的空间的类型。浸液还可以应用于在所述光刻设备中的其它空间，例如在所述掩模和所述投射系统的第一元件之间。用于增加投射系统的数值孔径的浸没法在现有技术中为共众所熟知。

此外，所述设备可以具有流体处理单元以便允许在流体和所述衬底的辐射部分之间的交互作用(例如，有选择地把化学制品附在所述衬底上或有选择地修改所述衬底的表面结构)。

光刻投射设备

图1示意地描述了依照本发明实施例的光刻投射设备100。设备100至少包括辐射系统102(例如EX、IL(例如AM、IN、CO等)等)、单独可控制元件的阵列PPM104、目标板WT106(例如衬底板)和投射系统(“透镜”)PL108。

辐射系统102可以用于提供辐射(例如，紫外线辐射)的投射光束PB110，在此具体实例中还包括辐射源LA112。

单独可控制元件114的阵列(例如可编程反射镜阵列)可以用于向投射光束110施加图案。一般而言，可以相对于投射系统108来固定单独可控制元件114的阵列的位置。然而，在可替换布置中，可以把单独可控制元件114的阵列连接到定位装置(未示出)以便相对于投射系统108准确地将其定位。如这里所述，单独可控制元件114是反射类型(例如，具有单独可控制元件的反射阵列)。

对象板106可以具有衬底支架(没有特别示出)，用于支承衬底W114(例如，涂覆抗蚀剂的硅片或玻璃衬底)，并且可以把目标板106连接到定位装置PW116以相对于投射系统108准确地定位衬底114。

投射系统(例如透镜)108(例如，石英和/或CaF2透镜系统或包括用这种材料制成的透镜元件的反折射系统，或反射镜系统)可以用于把从光束分离器118接收的构图光束投射到衬底114的目标部分C120上(例如，一个或多个芯片)。所述投射系统108可以把所述单独可控制元件114的阵列的图像投射到所述衬底114上。作为选择，所述投射系统108可以投射第二源的图像，为此所述单独可控制元件114的阵列的元件担当快门。投射系统108还可以包括微透镜阵列(MLA)以便形成所述第二源并且把微点投射到所述衬底114上。

所述源112(例如，准分子激光器)可以生成辐射光束122。所述光束122直接地或在遍历诸如光束扩展器Ex之类的调节装置126之后进入照明系统(照明器)IL124。照明器124可以包括调整装置AM128，用于设置在光束122中强度分布的外部和/或内部半径范围(通常分别被称为σ外部和σ内部)。另外，其一般包括各种其它组件，诸如积分器IN130和聚光器CO132。采用这种方法，照射到单独可控制元件114的阵列上的光束110在其横截面上具有所需要的均匀性和强度分布。

应当注意，对于图1，源112可以在所述光刻投射设备100的外壳范围之内(例如当所述源112是汞灯时通常就是这样)。在可选择的实施例中，源112还可以远离所述光刻投射设备100。在这种情况下，往往把辐射光束122引入所述设备100(例如，借助于适当的引导镜)。后一种方案常常是当所述源112是准分子激光器的这种情况。可以理解这两个方案都在本发明的考虑范围之内。

在使用光束分离器118引导光束110之后，所述光束110随后截取单独可控制元件114的阵列。所述光束110被单独可控制元件114的阵列反射，穿过投射系统108，该投射系统108把所述光束110聚焦在所述衬底114的目标部分120。

借助于定位装置116(并且选择性地在基板BP136上的干涉测量的测量装置IF134，其经由光束分离器140接收干涉测量的光束138)，可以准确地移动衬底板106，以便在所述光束110的路径上定位不同的目标部分120。其中使用的，单独可控制元件114的阵列的定位装置可用于例如在扫描期间相对于所述光束110的路径来准确地校正所述单独可控制元件114的阵列的位置。一般说来，借助于长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现目标板106的移动，在图1中没有明确地描述所述长行程模块和短行程模块。还可以使用类似系统来定位所述单独可控制元件114的阵列。应当理解的是，可选择地/可附加地，所述投射光束110可以是可移动的，而目标板106和/或单独可控制元件114的阵列可以具有固定位置以便提供所要求的相对移动。

在可选择的实施例结构中，所述衬底板106可以是固定的，所述衬底114可以在所述衬底板106上移动。完成这些，所述衬底板106在平坦的最高表面上具有多个开口，经由所述开口馈送气体以便提供能够支持所述衬底114的气垫。这通常被称为气体轴承(gas bearing)布置。使用一个或多个致动器(未示出)来在所述衬底板106上移动所述衬底114，所述致动器能够相对于所述光束110的路径准确地定位所述衬底114。作为选择，通过有选择地开始和停止经由所述开口的气体通过，在所述衬底板106上可以移动所述衬底114。

尽管这里把依照本发明的光刻设备100描述为用于曝光在衬底上的抗蚀剂，然而应当理解的是，本发明不局限于这种使用并且可以使用所述设备100来投射构图投射光束110以在无保护的光刻中使用。

可以采用四种优选模式来使用所描述的设备100：

1.步进模式：一次(即，单次“闪光”)把在单独可控制元件114的阵列上的整个图案投射到目标部分120上。然后在x和/或y轴方向上把所述衬底板106移动到不同的位置以便由光束110来辐射不同的目标部分120。

2.扫描模式：除给定目标部分120不是在单次“闪光”中曝光以外，基本上与步进模式相同。作为替代，所述单独可控制元件114的阵列在给定的方向上(所谓的“扫描方向”，例如y方向上)可以以速度v移动，以便使所述投射光束110扫描单独可控制元件114的阵列。同时，在相同或相反方向上以速度V＝Mv同时移动衬底板106，其中M是所述投射系统108的放大倍数。依照这种方式，在不必损害分辨率的情况下可以曝光相对大的目标部分120。

3.脉冲模式：基本上保持单独可控制元件114的阵列是固定的并且使用脉冲辐射系统102来把整个图案投射到所述衬底114的目标部分120上。以基本上恒定的速度来移动所述衬底板106以致使所述投射光束110扫描穿过所述衬底106的线。按在辐射系统102的脉冲之间的要求来更新在单独可控制元件114的阵列上的图案并且所述脉冲是定时的，以致在所述衬底114上所要求的位置处曝光连续的目标部分120。因此，所述投射光束110可以扫描穿过衬底114以便曝光一条衬底114的全部图案。重复所述过程直到已经逐行地曝光了全部衬底114。

4.连续扫描模式：除使用基本恒定的辐射系统102并且当所述投射光束110扫描所述衬底114并且曝光它时更新在单独可控制元件114的阵列上的图案之外，基本上与脉冲模式相同。

还可以使用上述使用模式的组合和/或变化，或使用全然不同的使用模式。

示例性的成像布置

图2示意地描述了依照本发明实施例的光刻投射设备200。设备200包括光源202(SO)，其产生在照明器206(IL)处接收的辐射光束204。照明器206把辐射光束递送到透射的图案产生器208(M)上(例如，掩模，标线片，空间光调制器等等)。然后把构图光束从透射的图案产生器208发送到投射系统210(PL)，继而发送到在衬底板214(WT)上支持的衬底212(W)的表面，其在投射系统210的下面是可替换的。

尽管下面讨论了在图1和2中的两个实施例，但是除非另作说明，否则将只使用图1的附图标记以便易于论述。

在图1和图2的实施例中，构图光束在其横截面中给出图案，所述图案适合于在其上衬底114表面上所需要曝光的图案。该光束具有空间特征，例如在参考所述定位衬底114的衬底板106所定义的XY坐标系中的位置和尺寸。所述衬底114位于所述衬底板106上预先确定的位置，并且把所述构图光束投射到基座上的衬底114，所述衬底114实际上在适当的预先确定位置中。如果所述衬底114不在适当的预先确定的位置，那么当然将不能在所述衬底114上正确地定位所述目标部分。据此，使用为本领域内普通技术人员所知的各种技术来适当地把所述衬底114定位在所述衬底板106上以便确保衬底在衬底板上适当的位置是重要的。

示例性的由于热膨胀对于目标位置的影响

图3依照本发明实施例示出了安装在衬底板2上的衬底1。对应于衬底板2的坐标系具有原点0和轴x，y。假定希望曝光在衬底表面5上的目标部分3(例如，具有相对于所述衬底1的预先确定的直径和位置的区域)，必须适当地对所述辐射光束形成图案并且相对于衬底1定位所形成图案的辐射光束，以便曝光所述衬底1的正确部分。这要求所述衬底1处于相对于所述衬底板2的预先确定的位置。

在一个实施例中，使用在点P1(用十字表示)的参考标记来完成定位，所述点在衬底1的表面5和例如边缘4之类的边缘上提供，其可以通过相对于在衬底板2上接合点夹紧衬底1来在X轴方向上对准。给出衬底1的尺寸的资料，那么可以相对于基准点P1在衬底板2的x，y坐标系上参考在所述衬底1上的每个点。例如，将要曝光的目标部分3可以通过参考定义其中心的点P2和从点P2出发的半径来定义。

如果将在所述衬底1上正确地定位所述目标部分3，例如相对于在衬底1中的表面结构，所述表面结构是先前曝光步骤的结果，那么必须知道所述衬底1的尺寸。可以使用该信息以便可以适当地确定目标部分3的位置。然而如上所述，衬底1可能受到热膨胀，这要求在常规系统中很大的工作来确保所述衬底1始终在预先确定的基准温度，例如20℃。例如，图4举例说明了如果衬底1处于预先确定的基准温度之上的温度将会发生什么。

参照图4，示出了在所述衬底板2的X，Y坐标系中相对于基准点P1所测量的位置处的目标部分3。然而，如果所述衬底1膨胀，那么目标部分3可以移动远离于所述基准点P1的距离，例如移动到区域3’，所述区域3’按照在衬底板坐标系中定义的以点P3为中心。尽管在图4中特别夸大了该影响，但是应当理解的是，随着所要求衬底部件的临界尺寸减小和衬底尺寸增大，能出现真正的问题，即使只发生了在度的小数部分量级的微小温度变化，也会导致严重的图案未对准。经由根据图5-9讨论的技术可以基本上降低或消除由热膨胀所引起的未对准。

示例性用于补偿热膨胀的方法

尽管下面讨论了在图1和2中的两个实施例，但是除非另作说明，否则将只使用图1的附图标记以便易于论述。

图5依照本发明实施例示意地表示了测量和调整方法500。在该实施例中，使用衬底114温度的准确测量来调整系统100以便考虑所感测的温度变化。可以理解，仍将进行每个工作以便保持稳定的并且预先确定的基准衬底温度，但是如下所述依照本发明的实施例的系统根据此基准温度来补偿变化。在步骤6，确定在衬底板上的衬底位置的信息，例如经由装载衬底并且执行预对准。在步骤7，通过(a)在相对于所述衬底板的已知位置上定位传感器以及(b)确定所述传感器相对于所述衬底板的位置，来执行感测整个所述衬底的温度。

给出已知的所述衬底几何结构和传感器位置，衬底温度映射步骤8生成温度映射[t(x，y)]，其表示在所述衬底整个表面分布的每个矩阵区域的衬底温度。特别对于大衬底，穿过所述衬底的长度和宽度可以有温度变化，并且可以在所述温度映射中表示这些变化。

在步骤9，产生用于所述衬底的预测尺寸响应的模型以便改变温度。最后模型可以允许预测，例如在所述衬底上两点之间的距离随温度将怎样变化。例如，所述最后模型可以允许预测在图4中目标部分3的中心P2和基准点P1之间的距离随温度将怎样变化。

在步骤10，对于温度的变化所述衬底的尺寸响应可以根据由步骤8提供的温度映射和由步骤9提供的模型来计算。

在步骤11，把所需要曝光的图案输入到光刻系统中。所需要曝光的图案可以包括按照衬底板坐标系定义的部件，假设所述衬底的尺寸没有被热膨胀或收缩所影响。

在步骤12，调整所需要曝光的图案以便考虑所述衬底的所计算的热膨胀。在一个实施例中，可以如下表示该调整：

P′(x，y)＝F[P(x，y)；t(x，y)]

其中

P(x，y)是依照所需要曝光的图案在所述衬底板坐标系中图案部件的位置；

P(x，y)是在考虑所述衬底热膨胀或收缩而调整之后相同部件的位置；以及

t(x，y)是衬底温度映射。

给出相对于所述衬底目标部分的衬底板坐标系来调整所述位置，必须调整所述光刻设备以便把所述构图光束传送给所述衬底适当的目标部分。这可以通过调整所述光刻设备的任何特征来实现，其将导致在所述目标部分的空间特性的变化。在步骤13，可以调整光束图案形状。在步骤14，可以调整光束对准。在步骤15，可以调整光束放大倍数。取决于所述光刻系统的应用可以执行这三个进行步骤的任何一个或多个。可以调整所述光束图案形状以便例如把正方形形状变为梯形形状。光束对准调整例如可以只是适当地在x和y轴方向上移动目标部分。放大倍数调整可以例如把正方形形状扩展为更大的正方形形状。

示例性的用于补偿热膨胀的系统

图6和7依照本发明实施例分别示出了系统600的侧视图和俯视图。系统600可以用于测量衬底的温度。在图6和7所举例说明的情况中，把衬底16定位在衬底板17上并且所述衬底板17其中嵌入有温度传感器18的m乘n矩阵(m＝1，2，3...并且n＝1，2，3...)。把所述传感器18连接到计量系统19，所述计量系统19例如控制在图7中由箭头20所表示的方向上衬底的步进或扫描，以及控制投射光束的构图和定位。从而，传感器18的阵列测量与所述传感器18刚好相邻的所述衬底区域的温度。使用该系统，可以得知相对于所述衬底板坐标系的所述传感器18的位置。从而，在使用方法500的实施例中，在步骤8可以得到温度映射。

图8和9依照本发明实施例分别示出了系统800的侧视图和俯视图。对于在图6和7中举例说明的、在一个可选择的传感器布置中系统800落于本发明的范围之内。对于类似的元件用于图8和9的附图标记与图6和7的附图标记相同。

在该实施例中，在框架21上支持传感器18，在所述框架21下面在衬底板17上传送衬底16。在框架21上彼此间隔存在m个温度传感器18阵列。在衬底16曝光之前，所述衬底16将在框架21下面移动n步，以便测量可以由在m乘n矩阵中分布的所述衬底16的区域温度组成。结果是与使用参考图6和7描述的布置所导出的相似的数据，也就是可以用来计算所述衬底热膨胀或收缩的所述衬底16的温度映射。在一个实施例中，这可以在上述方法500的步骤9来确定。

示例性的用于执行热膨胀建模步骤的方法

再次参照图5，依照本发明实施例将进一步描述所述衬底热膨胀建模步骤9。在各个实施例中，所述模型可以通过对衬底进行适当的测量来根据将要处理的衬底直接导出，或者可以根据物理性质与将要处理的所述衬底基本上相同的参考衬底间接地导出。

在其中将直接导出所述热膨胀模型的实施例中，这可以通过在所述衬底上形成对准部件的矩阵，并发地测量所述衬底的温度以及在第一测量步骤中那些部件的空间分布，继而并发地测量所述衬底的温度以及在第二测量步骤中那些部件的空间分布来实现。可以在相同的设备上实施这两个测量步骤，例如图1或2的光刻设备，但是其也可以在不同的测量工具上实施。因此可以根据在两次测量步骤之间温度的差异和部件分布来导出所述衬底的尺寸响应模型。

在另一实施例中，可以直接根据将要处理的所述衬底导出所述热膨胀模型。这可以通过下列步骤来完成：形成第一组和第二组对准部件，在一个测量步骤中测量所述第一组的温度和空间分布，在第二测量步骤中测量所述第二组的温度和空间分布，并且根据两次测量步骤的结果导出所述模型。例如，形成对准部件的第一图案，然后在光刻设备中所述衬底涂覆有抗蚀剂，并且曝光并显影第二图案，所述第二图案具有与第一图案除在(X₀，Y₀)的X和Y轴方向上的标称偏移之外都相同的标称空间分布。从而，在不对温度变化企图进行任何校正的情况下曝光所述第二层。并发地用所述第二图案的形成来导出所述衬底的温度映射，所述术语同时用来表明所述图案形成和温度测量步骤可能在相同的时段内(例如，同时或一个紧接着另一个)实现。然后测量在两个图案的部件之间的实际偏移，在所测量的偏移和标称偏移之间的差异允许导出所要求的热膨胀模型。

在进一步的实施例中，可以根据基准衬底导出所述热膨胀模型。所述基准衬底的物理性质可以与将要处理的一类衬底的物理性质相似。再次，可以在不同温度测量单个图案的分布，或者可以比较两个图案的分布以便导出将用于相同类衬底的热膨胀模型。依赖于第二图案的地方，其可以通过曝光而不显影抗蚀剂层来形成。在测量所述第二图案之后，所述抗蚀剂可以从所述基准衬底上清洗掉，允许其在稍后导出的热膨胀模型中被再次使用。重复循环使用单个基准衬底以导出热膨胀图在允许将要检测的处理条件内的漂移中可以是有益的。

在优选实施例中，可以使用相同的设备来执行热膨胀建模，所述设备例如用于在感兴趣的衬底的随后处理步骤中。这确保在建模过程中如实地再现由照明光束曝光衬底产生的热影响。然而，使用其它计量工具可以实施所述建模，在这种工具中可以准确地再现所提供的所有条件(例如，所述衬底支架的热和机械特性以及夹紧系统)。

总结

虽然上面已经描述了本发明的各个实施例，但是应当理解的是，仅仅以举例形式而不是限制的形式来陈述了它们。对相关领域内的技术人员来说在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行形式和细节上的变化是显而易见的。从而，本发明的外延和范围不应该由上述任何示例性的实施例来限制，而应该仅仅依照下列权利要求及其相关内容来定义。

Claims (28)

1.一种光刻设备，包括：

照明系统，用于提供辐射的投射光束；

构图系统，用于给出在其横截面具有图案的投射光束；

衬底支架，用于支持衬底；

投射系统，用于把构图光束投射到所述衬底表面的目标部分，所述目标部分相对于所述衬底支架具有预先确定的空间特征，所述空间特征适于在所述衬底支架上预先确定的位置中支持的所述衬底表面上所需要曝光的图案；

温度测量系统，用于测量所述衬底的温度；

计算系统，用于计算所述衬底对所测量温度的尺寸响应；和

调整系统，用于相对于所述衬底支架调整所述目标部分的空间特征以便补偿所计算的尺寸响应。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述温度测量系统包括：

至少一个传感器，用于测量在所述衬底表面分布的多个区域中每一个上的所述衬底温度。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述温度测量系统包括：

传感器，在所述衬底支架上分布。

4.如权利要求3所述的设备，其中每个传感器感测所述衬底的邻近区域的温度。

5.如权利要求3所述的设备，其中每个传感器感测所述衬底支架的邻近区域的温度。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述温度测量系统包括：

传感器，分布在位于衬底支架上的传感器支架上；和

扫描系统，其被布置成相对于所述传感器移动所述衬底支架并且测量与在所述衬底支架和支架之间多个相对位置中的每一个上的每个传感器相邻的所述衬底区域的温度。

7.如权利要求6所述的设备，其中在固定的框架上支持所述传感器，在所述框架下面所述传感器支架是可移动的。

8.如权利要求6所述的设备，其中在线性阵列中支持所述传感器，所述线性阵列相对于其中所述衬底支架是可移动的方向横向地延伸。

9.如权利要求1所述的设备，其中：

所述温度测量系统包括衬底温度映射系统，其产生表示在所述衬底的多个区域温度的映射，

所述计算系统包括用于产生在衬底支架坐标系中所述衬底的尺寸响应的模型的系统，和

所述空间特征调整系统包括：用于产生在所述衬底上各点位置相对于所述衬底支架坐标系的变化的映射的系统，其给出在所述衬底的多个区域的映射温度和所述尺寸响应模型，和用于依照位置映射的变化来调整所述目标部分的空间特征以便补偿所计算的尺寸响应的系统。

10.如权利要求1所述的设备，其中所述调整系统包括：

图像校正系统，用于调整光束的横截面形状以便调整所述目标部分的形状。

11.如权利要求1所述的设备，其中所述调整系统包括：

光束对准调整系统，用于调整所述目标部分相对于所述衬底支架的位置。

12.如权利要求1所述的设备，其中所述调整系统包括：

光束放大倍数调整系统，用于调整所述目标部分的尺寸。

13.一种设备制造方法，包括：

使用照明系统发射辐射的投射光束；

给投射光束在其横截面上的图案；

在衬底支架上支持衬底；

把辐射的构图光束投射到所述衬底表面的目标部分，所述目标部分相对于所述衬底支架具有空间特征，所述空间特征适于在所述衬底上预先确定的位置支持的所述衬底表面上所需要曝光的图案；

测量所述衬底的温度；

计算所述衬底相对于所述测量温度的尺寸响应；以及

调整所述目标部分相对于所述衬底支架的空间特征以便补偿所计算的尺寸响应。

14.如权利要求13所述的方法，其中在分布于所述衬底表面的多个区域测量所述温度。

15.如权利要求13所述的方法，其中用分布在所述衬底支架的多个传感器来测量所述温度并且多个传感器中的每个感测所述衬底的邻近区域的温度。

16.如权利要求15所述的方法，其中：

多个传感器分布在位于衬底支架之上的传感器支架上；

所述衬底支架和多个传感器被彼此相关地移动；以及

在所述衬底支架和所述传感器支架之间多个相对位置中的每个位置处测量与多个传感器中的每个邻近的衬底区域的温度。

17.如权利要求16所述的方法，其中在位于所述衬底支架上的固定框架上支持多个传感器，并且在所述框架下面移动所述衬底支架。

18.如权利要求17所述的方法，其中在预先确定的方向上移动所述衬底支架并且在线性阵列中支持所述传感器，所述线性阵列横向于所述方向延伸。

19.如权利要求13所述的方法，其中：

产生所述衬底的温度映射；

产生在衬底支架坐标系中所述衬底的尺寸响应的模型；

产生衬底位置映射，其表示在所述衬底上各点位置相对于所述衬底支架坐标系的变化，其给出所述衬底的温度映射和所述尺寸响应的模型；以及

依照所述衬底位置映射调整所述目标部分的空间特征以便补偿所述尺寸响应。

20.如权利要求13所述的方法，其中通过调整所述目标部分的形状来调整空间特征。

21.如权利要求13所述的方法，其中通过调整所述目标部分相对于所述衬底支架的位置来调整空间特征。

22.如权利要求13所述的方法，其中通过调整所述目标部分的尺寸来调整空间特征。

23.一种用于建立衬底对于温度变化的尺寸响应的模型的方法，所述方法包括：

在所述衬底表面上形成多个对准部件；

在所述衬底表面分布所述对准部件，使得对于假定的预先确定的衬底温度，它们的空间分布是预先确定的；

测量所述衬底的温度；

测量在所测量的衬底温度的所述对准部件的空间分布；以及

根据在预先确定的空间分布和所测量的空间分布之间的差异导出尺寸响应的模型。

24.如权利要求23所述的方法，其中：

所述衬底是基准衬底，其是具有相似的物理性质的一类衬底之一，并且将在光刻设备中被处理；

当在所述光刻设备的衬底支架上支持所述基准衬底时，测量所述基准衬底的对准部件的空间分布；

随后把该类的衬底的组成部分放置在所述衬底支架上；

在衬底表面分布多个区域的每一个处测量在所述衬底支架上支持的所述衬底的温度；以及

根据使衬底尺寸的变化与根据所述基准衬底导出的尺寸响应模型相关，来调整所述衬底的处理。

25.如权利要求23所述的方法，其中：

通过测量所述衬底的温度以及在第一测量步骤期间所述对准部件的并发分布，来确定预先确定的空间分布；以及

通过测量所述衬底的温度以及在第二测量步骤期间所述对准部件的并发分布，来确定所测量的空间分布。

26.如权利要求23所述的方法，还包括：

当所述衬底处于第一温度时形成对准部件的第一图案；

当所述衬底处于第二温度时形成对准部件的第二图案；以及

根据在第一图案的测量和第二图案的测量之间的差异和在所述第一和第二温度之间的差异来导出所述尺寸响应模型。

27.如权利要求26所述的方法，其中：

使所述第一和第二图案在两个图案之间具有相同标称的空间分布，其具有标称的偏移；以及

根据在所述两个图案的部件之间的标称的偏移和所测量的偏移之间的差异来导出所述尺寸响应模型。

28.如权利要求26所述的方法，其中

在基准衬底上形成第一图案，所述基准衬底是一类具有相似的物理性质的衬底之一，并且其将在光刻设备中处理；

通过曝光在所述光刻设备中所述基准衬底上支持的抗蚀剂层来在所述基准衬底上形成第二图案；

测量在所述光刻设备内的标称的偏移和所测量的偏移之间的差异；以及

把所曝光的抗蚀剂从所述基准衬底上清洗掉，以便允许重新使用所述基准衬底。

Images